Стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1984 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к области испытаний двигателей внутреннего сг рания (две), преимущественно к авто матизированным системам для стендовы испытаний.- . Известны стенды для испытания двигателя внутреннего сгорания, содержащие нагрузочную электрическую машину постоянного тока, измеритель тока якоря электрической машины, датчик частоты вращения, регулятор тока возбуждения, измеритель Tofca возбуждения, программньй блок, вычислитель механических потерь, пере4 клйчатель и сумматор, причем датчик частоты вращения через вычислитель механических потерь и переключатель связан с сумматором, выход которого соединен с программным блоком, подключенным к регулятору тока возбуждения Щ. . Однако при известном выполнении стендов точность измерения крутящего момента является недостаточной, так как здесь не учитывается влияние помех, поступающих с выходов измерителей тока якоря и тока возбуждения, например помехи при использовании в качестве датчика тока якоря шунта достигают 20-40% от полезного сигнал Кроме того, при использовании блока умножения на его выходе имеем мульти пликативную помеху, которая дает постоянную.составляющую на вход сумматора. .. Целью изобретения является повыше ние точности измерения крутящего момента путем учета влияния помех, поступающих из цепей измерения тока якоря и тока возбуждения. Указанная цель достигается тем, что стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания, содержащий на грузочную электрическую машину Постоянного тока, лзмеритель тока якоря электрической машины,- датчик час- тоты вращения, регулятор тока возбуж дения, измеритель тока возбуждения, программный блок, вычислитель механических потерь, переключатель и сум матор, причем датчик частоты вращения через вычислитель механических потерь и переключателе связан с сумматором, выход которого соединен с программным блоком, подключенным к регулятору тока возбуждения, допол нительно содержит фильтр, устройство сравнения и делитель, причем выход измерителя тока якоря через устройство сравнения и фильтр связан параллельно с сумматорюм и делителем, соединенным с выходом измерителя тока .возбуждения и входом устройства сравнения. При этом устройство сравнения, делитель и фильтр могут быть выполнены на операционных усилителях или на элементах задержки, На чертеже приведена функциональная схема стенда для испытания двигателя внутреннего сгорания. Стенд содержит нагрузочное устройство, выполненное в виде соединенной с валом испытываемого двигателя | электрической машины 2 постоянного тока. В цепь якоря электрической машины 2 включен измеритель 3 тока якоря, а в цепь возбуждения - измеритель 4 отклонения тока возбуждения и регулятор 5 тока возбуждения. Вькод измерителя 3 подключен к устройству 6 сравнения, а вход измерителя 4 к делителю 7, вход которого соединен с выходом фильтра 8. Второй вход устройства 6 сравнения соединен с выходом делителя 7, а выход устройства 6 сравнения - с входом фильтра 8, причем устройство сравнения, делитель и фильтр реализованы в интегральном исполнении. С валом электрической машины 2 связан датчик 9 частоты вращения, подсоединенный к входу сумматора 10 через переключатель 11 и вычислитель 12 механических потерь. Второй вход сумматора 10 соединен с выходом фильтра 8. Регулятор 5 имеет один вход управления, который подключен к программному блоку 13. Один из входов програм1 ного блока 13 соединен с выходом, сумматора 10. Стенд работает следующим образом. При измерении крутящего момента две электрическая машина служит его нагрузкой и работает в генераторном режиме. Крутящий момент при этом определяется как суммарный момент .+М,П,(1 где Мэм - электромагнитный момент в машине достоянного тока; Mfvip - момент механических потерь. Величина момента механических потерь может быть получена, исходя из мощности механических потерь ,-п+В,1.п2,(2)

где В,, БЗ - коэффициенты пропорциональности;п - частота вращения вала.

Мк, В,+В.,.и.. . (3) .

Электромагнитный момет определяется по формуле

Мэм См-Ф-Л %(4)

где См - постоянньй коэффициент;

Ф - магнитный поток;fO

Iji - ток якоря.

При использовании регулятора тока возбуждения, обеспечивающего изменение тока в пределах не более +10%, с. достаточной степенью точности можно 15 принять.

Ф К 1в,(5)

где К - постоянный коэффициент; If. - ток возбуждения.

С уче.том выражений (4) и (5) име6м20

(6)

где Км - постоянный коэффициент.

Измерение на стенде первой составляющей формулы (1) и соответствующей электромагнитному моменту происходит следующим образом. Напряжение, пропорциональное току якоря, с измерителя 3 поступает на вход устройства 6 сравнения. Данный сигнал можно представить с учетом помех в виде

r-Ji Кя Ip+n,(f) ,(7)

где Kji - коэффициент передачиизмерителя тока якоря;

И;,( помехи, возникающие на выходе измерителя, в случае если датчик тока якоря - шунт, они могут достигать 20-40% от полезного сигнала. С делителя 7 на устройство 6 сравнения поступает сигнал вида

(8)

где М - оценочное значение электромагнитного момента; Kg - коэффициент передачи измерителя тока возбуждения; ng( помехи, возникающие на выходе измерителя тока возбуждения; . KQ - коэффициент передачи делителя относительно М ; По(-Ь) - помехи, возникающие на выходе делителя.

При разложении в ряд Тейлора относительно ПдМ и учитывая, что знаменатель изменяется незначительно и соизмерим с Ка где .максимальное значение измеряемого момента, членами высших порядков малости можно пренебречь и формула (8)

имеет вид

re(i) -|.- +nJtHn(t). (9)

где ng( приведенная помеха ). В результате на вход фильтра 8 поступает сигнал

(г,(±} (Кй ) +

n5,(,)-(n8ftV- nc (t). ; (10)

Связь между входом и выходом фильтра 8 характеризуется следующим выражением:

Т М -М +Куе (:) , (11) где коэффициент усиления фильтра 8; TM - постоянная фильтра.

При прохождении через фильтр 8 аддитивная помеха отсеивается и с учетом(10) выражение (11) имеет вид.

Т„ М -Кя-Х. - б ft

(12)

В статике можно записать выражение для электромагнитного момента

К-в Kq

Принимая ва внимание, что коэффициент усиления фильтра выбран достаточно большой, имеем

(14)

г-г----ь-1в

Если выбрать

Ы-.S v(if.

Kcj lимеем полную аналогию формул (14) и (6), т.е. на выходе фильтра 8 снимаем величину пропорционально электрмагнитному моменту.

Напряжение, пропорциональное второй составляющей формулы (1) и соответствующее моменту механических потерь , поступает на сумматор 10 с выхода измерителя момента механических потерь, преобразующего сигнал с датчика 9 частоты вращение по формуле (3).

При определении крутящего момента две (электрическая машина работает в генераторном режиме) напряжения с измерителей 3 и 4, а также с блоков 8 и 12 поступают на сумматор 10 в одинаковой полярности и в ней суммируются. Вькодное напряжение сумматора пропорционально крутящему момен ту две. При определении момента проворачивания коленчатого вала ДВС (электричёская машина работает в двигатель ном режиме) полярность выходного напряжения с вычислителя 12 с помощью переключателя 11 изменяется на проти воположную. В сумматоре происз одит вычитание нэ выходного напряжения фильтра 8 выходного напряжения измерителя 12. Выходное напряжение сумматора 10 пропорционально моменту проворачивания коленчатого вала ДВС. Выход сумматора 10 заводят на программный блок и предлагаемый стенд использует ся для снятия скоростных характеристик ДВС. Таким образом, уменьшение влияния помех за счет введения нелинейного фильтра на основе делителя и линейного фильтра позволяет повысить точность измерения крутящего момента. Программный регулятор, нелинейный фильтр, измеритель механических потерь и сумматор могут быть также реализованы на ЭВМ. npe naraeh d rii стенд реализован в виде макетного образца. Экономический эффект от внедрения изобретения обусловлен более точным определением характеристики двигателя, что позволяет более достоверно проводить испытания, определять ресурс объекта испытания и в конечном итоге сократить сроки поставки на производство доведенных конструкций двигателей.

л1

Г

vj

k. k

5

vJ

J

«-I

00

1. СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий нагрузочную электрическую машину постоянного тока, измеритель тока якоря электрической машины, датчик ч.астоты вращения, регулятор тока возбуждения, измеритель тока возбуждения, программный блок, вычислитель механических потерь и сумматор, причем датчик частоты вращения через вычислитель механических потерь и переключатель связан с сумматором, выход которого соединен с программным блоком, подключенным к регулятору тока возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения крутящего момента путем учета влияния помех, поступающих из цепей измерения тока якоря, и тока возбуждения, он дополнительно содержит фильтр, устройство сравнения и делитель, причем выход измерителя тока якоря через устройство сравнения и фильтр связан параллельно с сумматором и делителем, соединенным с выходом измерителя тока возбуждения и входом устройства сравненияJ 2.Стенд по п. 1, отличающийся тем, что устройство сравнения, делитель и фильтр вьшолнены на операционных усилителях. 3.Стенд по п. 1, отличающийся тем, что устройство сравнения, делитель и фильтр выполнены на элементах задержки.